无铅电子封装焊料的研究现状与展望

随着关、日和欧盟就含铅钎料建立相应立法之后,各国都在紧锣密鼓地开展绿色环保无铅产品的研发工作。介绍了国内外无铅焊料所涉及的4种主要成分设计方法,以及当前研究的主要无铅体系及其各自特征;论述了各焊料体系所应用的范围、组织结构和性能,及无铅焊料所关注的主要性能指标和发展趋势,并结合我国国情展望了我国无铅焊料的前进方向。

Bi含量对Cu/Sn-0.3Ag-0.7Cu/Cu微焊点蠕变性能的影响

采用光学显微镜、电子显微镜和动态力学分析等方法研究Bi含量对直径为400μm、高度为200μm的无铅Cu/Sn-0.3Ag-0.7Cu(SAC0307)/Cu微尺度焊点的显微组织及蠕变性能的影响。结果表明:当焊点中Bi含量较低(1%(质量分数))时,其基体组织细小,Cu_6Sn_5为粗大块状,Ag_3Sn分布不均匀;当焊点中Bi含量较多(3%(质量分数))时,基体组织与Cu_6Sn_5进一步细化,Ag_3Sn在细化的同时分布更均匀,界面扇贝状IMC层更平直。另外,温度为80~125℃、应力为8~15 MPa条件下,拉伸蠕变试验得到SAC0307微焊点的蠕变激活能(Q)和蠕变应力指数(n)分别为82.9 k J/mol和4.35;当钎料中Bi含量由1.0%增加到3.0%时,焊点的Q值从89.2 k J/mol增加到94.6 k J/mol,n值由4.48增加到4.73,钎焊接头的抗蠕变能力明显提高,所有焊点的蠕变变形机制主要受位错攀移控制。

BGA封装器件焊点抗剪强度的试验

采用微焊点强度测试仪研究了Sn-Pb共晶钎料BGA(球栅阵列封装技术)封装器件焊点的抗剪强度,并对不同直径的BGA球焊点的抗剪强度进行了比较。研究结果表明,在相同条件下,BGA球直径越大,抗剪强度越小;共晶钎料BGA球焊点的抗剪强度比锡铅合金钎料自身的抗剪强度大。

三种典型Sn-Ag-Cu无铅钎料的组织和性能研究

对比研究了三种典型标称成分的Sn-Ag-Cu钎料(即日本JEIDA推荐的Sn-3.0Ag-0.5Cu、欧盟IDEALS推荐的Sn-3.8Ag-0.7Cu和美国NEMI推荐的Sn-3.9Ag-0.6Cu)的显微组织特征、熔化特性、润湿性以及钎焊接头微焊点的力学性能等。结果表明,三种钎料的组织和性能非常接近。然而从性价比等方面综合考虑,Sn-3.0Ag-0.5Cu为三种钎料中最具优势的替代传统Sn-Pb钎料(共晶和近共晶钎料)的无铅合金。

无铅焊料的知识产权状况分析

简要介绍了世界电子产品无铅化趋势及其相关立法,比较了世界各国及地区的无铅专利发展情况。对比了各国公司或个人在我国申请注册的无铅焊料相关专利,对国内无铅焊料专利权利要求书的完善提出了一些建议。最后指出了我国企业在无铅焊料专利申请上的滞后并提出相关对策。

无铅钎料对不同引脚数QFP微焊点抗拉强度的影响

采用微焊点强度测试仪测试了不同引脚数方形扁平式封装(QFP)微焊点的抗拉强度,研究了QFP的引脚数、钎料成分对其力学性能的影响,并采用扫描电镜对微焊点断裂处的显微组织进行了分析。结果表明,在相同引脚数的条件下,SnAgCu钎料的微焊点抗拉强度大于Sn-Pb钎料的微焊点抗拉强度;在钎料成分相同时,48引脚数的QFP微焊点强度小于100引脚数的QFP微焊点强度。

典型添加元素对Sn-Zn系钎料性能的影响

Sn-Zn钎料被认为是传统Sn-Pb共晶钎料的最佳替代合金之一,它以低廉的成本、较好的力学性能以及其共晶成分与Sn-37Pb钎料熔点相近等优点引起了人们的广泛关注,但其润湿性、抗氧化性、抗腐蚀性不够理想。阐述了Bi、A1、In、Ag、Cu及稀土元素（RE）等典型添加元素对Sn-Zn钎料各种性能的影响,以期为Sn-Zn钎料的研究开发和应用提供参考。

Sn-0.3Ag-0.7Cu低银无铅微尺度焊点的蠕变性能研究

采用基于动态力学分析仪(DMA Q800,TA-Instruments)的精密蠕变实验方法,研究了Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料微尺度焊点在恒定应力(15MPa)与不同温度(80,100,125℃),以及恒定温度(125℃)与不同应力水平(8,10,15 MPa)情况下的蠕变性能,实验用微尺度焊点的直径为400μm,高度为200μm。结果表明,所有微焊点的蠕变曲线均呈现初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个典型阶段,并且随着温度升高或应力水平提高,微焊点的稳态蠕变速率增加,而蠕变寿命降低。125℃下,微焊点的蠕变应力指数为4.9,15 MPa下的蠕变激活能为86.5kJ/mol。